Solex粉體流涼堿機關(guān)鍵技術(shù)的探討與改進

吳小云

（南化集團連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

連云港堿廠2013年7月新增加拿大粉體流冷卻科學公司（Solex）生產(chǎn)的粉體流重灰涼堿機，用于重灰的生產(chǎn)，與傳統(tǒng)的涼堿設(shè)備相比有著非常突出的特點，能耗小，冷卻好，噪音和污染較少。該裝置將密相輸送原理及傳統(tǒng)的板式換熱器相結(jié)合，利用物料的自身重力和設(shè)備下料端的振動，實現(xiàn)了物料在流動過程中的冷卻過程。本文從實際出發(fā)，將這種粉體流涼堿機部分關(guān)鍵技術(shù)進行分析探討，并提出改進意見，以便設(shè)備在重灰冷卻中能夠更加穩(wěn)定的運行，同時也為國內(nèi)部分同類設(shè)備提供參考。

1 Solex粉體流重灰涼堿機的主要結(jié)構(gòu)和原理

加拿大Solex公司粉體換熱技術(shù)有效地將固體顆粒密相輸送原理與板式傳熱板技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)合在一起，使粉體流換熱器能有效的冷卻物料，是低能耗，低成本，操作環(huán)境較好的一種工藝，在當今世界屬于領(lǐng)先技術(shù)工藝。目前，該公司粉體換熱技術(shù)進入純堿行業(yè)主要應用于重灰冷卻工藝。這種創(chuàng)新性的技術(shù)結(jié)合了密相輸送原理及傳統(tǒng)的板式換熱器設(shè)計思想。固體流板式換熱器涼堿技術(shù)將節(jié)約占地空間、降低粉塵排放、降低動力消耗；無需配備風機及除塵過濾設(shè)備，符合清潔生產(chǎn)的要求，符合國家節(jié)能減排的要求。

2 Solex粉體流涼堿機主要的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 密相輸送和立式設(shè)計

固體顆粒密相輸送原理：密相輸送時，顆粒是在少量氣體松動的流化狀態(tài)下進行集體運動，并不靠氣體使它加速，固體的移動是靠靜壓差來推動的。

在粉體流涼堿機的中間部位裝有鼓風裝置，利用風量的鼓動使得重灰在重力的作用下可以產(chǎn)生移動。在物料移動過程中，與換熱板無間隙接觸，保證換熱效果。

立式箱體設(shè)計是配合密相輸送法同步實施，它是利用物料的重力作用充分完成了移動，最大可能性節(jié)約了能耗，減少物料輸送的額外能耗。立式箱體設(shè)計也解決了密封上的問題，保證了粉狀物料在工作時不容易飛揚。

2.2 將換熱板組運用于固體冷卻

板式換熱器是化工設(shè)備中常用的冷卻裝置，大部分用于液體散熱或冷卻高溫氣體，粉體流涼堿機將傳統(tǒng)的板式換熱器運用到固體冷卻，運用板式換熱器之間的間隙，將物料在縫隙內(nèi)緩慢移動，實現(xiàn)熱的交換，進而實現(xiàn)了將固體物料降溫的性能。

粉體流涼堿機的傳熱板采用無墊片全焊工藝。傳熱板由兩塊不銹鋼板片經(jīng)激光焊或電阻焊，四周進行縫焊，并焊接折流通道，同時焊接進出口連接管。經(jīng)焊接的板片預設(shè)打壓膨脹成均勻的波紋狀或酒窩狀，這些波紋／酒窩能讓流體在板內(nèi)形成高度湍流，以提高換熱效率，并能有效減少結(jié)垢的發(fā)生。兩塊板的焊接質(zhì)量是重點。

整板焊接后，上下各焊接一個進出水管，然后在將換熱板組裝成一個板組。這樣裝配的板組每一片換熱板都是獨立的，而且拆裝簡便，即使有一組換熱板出現(xiàn)了漏水，也不影響其余板組的工作。為了保證在工作中換熱管不變形，各換熱板用固定板卡固定，并與倉體聯(lián)接?？偹馨惭b在倉體外殼，分別用金屬軟管連接到各換熱板的水管接頭處。每塊換熱板通過供循環(huán)水的出水和進水歧管，使得物料緩慢通過傳熱板間隙時，得以冷卻，水流與物料流呈逆流狀態(tài)，以達到最大的傳熱效率。

2.3 百葉窗阻料板與振動電機控制物料的流量

粉體流涼堿機最重要的核心技術(shù)在于它的下料部件。Solex粉體涼堿機設(shè)計基于密相輸送原理，物料在設(shè)備的內(nèi)部均勻緩慢地通過，這樣可以保證換熱效果充分進行和物料與板壁間產(chǎn)生的磨損較小，只有滿足這兩點，才能保證它的性能得以滿足。如何使物料有效地控制流速，solex公司先進之處在于它充分使用了物料的堆積性能，并對重質(zhì)純堿的堆積角（即安息角）進行試驗、研究，這種將純堿堆積角利用在純堿設(shè)備中的技術(shù)是首例。

堆積角原理：物料在堆放時能夠保持自己穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度（單邊對地面的角度），稱為“堆積角”，也叫“安息角”。在這個角度形成后，再往上堆加這種散料，就會自然溜下，保持這個角度。堆積角是粉塵類物料的動力特征之一，傳統(tǒng)設(shè)計中只有靜設(shè)備例如除塵貯灰斗的錐體或用管道輸送物料時的傾斜角時使用。

輕灰的堆積角為35°，重灰流動性好，堆積角小于輕灰，大約在30°左右。下圖為粉體流涼堿機內(nèi)部加設(shè)的百葉窗阻料板，阻料板焊接在錐體下料段的板壁上，中間用筋板固定。熱的重灰通過冷卻段的冷卻后，落在阻料板的上方，當振動電機未開啟時，重灰物料在阻料板上放置，由于阻料板的傾斜度為重灰物料的堆積角的角度，重灰可以存在其上方而不泄漏；當振動電機開啟后，下料段整體前后運行，在這種振動下，物料隨著阻料板的間隙流出，當調(diào)節(jié)振動電機的頻率時，隨著振動量的變化，物料流動性也隨著變化。

圖2 下料段示意圖

圖3 阻料板兩節(jié)板組的夾角

圖4 阻料板焊接在下料段兩側(cè)的板壁上

根據(jù)這個原理，當粉體流冷卻器運用在別的物料上時，要根據(jù)物料堆積角的大小調(diào)整阻料板的角度；或者將阻料板做成活動可調(diào)節(jié)式，可根據(jù)物料的實際情況來調(diào)整角度的大小。也可以調(diào)整成如圖5的形狀。

圖5 阻料板的其他形式

Solex粉體流涼堿機在下料部位的獨特設(shè)計，保證了重灰在傳熱板間以相同速度同步移動即密相輸送，這使得物料得到均勻冷卻，兩個同步電磁振動電機異向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了直線振動，控制物料的存量。

2.4 實現(xiàn)了自動化控制

Solex粉體流涼堿機在自動控制方面將進出料溫度、進風、冷卻水、振動電機、倉內(nèi)負壓、料倉高度等設(shè)置了自動調(diào)控系統(tǒng)，利用DCS平臺實時監(jiān)控，設(shè)置了限位導向裝置，料位控制系統(tǒng)通過控制振動電機的頻率來維持料倉的料位：當料位低于設(shè)定下限位置時，振動電機停止振動或頻率降低，此時增加料倉內(nèi)部的重灰，料位維持在設(shè)定好的操作料位；當料位高于上限位置時，振動電機振動頻率加大，增加物料的流動，減少物料的堆積。

3 運行中出現(xiàn)的問題及需要改進的部位

3.1 裝置內(nèi)部堵料及處理

3.1.1 運行中出現(xiàn)堵料

通過實際運行，發(fā)現(xiàn)料倉存在堵料的現(xiàn)象，對粉體流堵料情況分析，目前堵料集中點：①料倉上層柵板；②換熱板組I的上部；③換熱板組I的板組內(nèi)側(cè)；④換熱板組II的上部；⑤換熱板組II的板組內(nèi)側(cè)；⑥粉體流進口下料溜管。

3.1.2 堵料原因分析

圖6 堵料的幾個主要區(qū)域

1）料倉上層柵板：多為堿球、雜物或堿疤。堿球和雜物為堿篩兩側(cè)縫隙過來，在系統(tǒng)出現(xiàn)堿球時特別明顯。另外，近期出現(xiàn)了堿疤，多為進料溜管中結(jié)疤所致，天氣越冷，此現(xiàn)象越明顯。

2）換熱板組I的上部：通過上層柵板的堿球、堿疤或雜物。料倉上層的柵板呈傾斜狀放置，板條間非常松動，稍微用力部分堿球即可穿過。近期較為明顯的就是堿疤的出現(xiàn)，如果長條狀堿疤豎直通過柵板縫隙，到達換熱板組I上部時是呈水平狀，此時堿疤就停留在此位置。

圖7 上部換熱板積堿疤情況

3）換熱板組I的板組內(nèi)側(cè)：堿球、雜物，最多時內(nèi)層結(jié)疤。若板組內(nèi)部出現(xiàn)堿球或雜物，很容易導致上部物料的堆積，在上次清理過程中可以看到在換熱板組的上部堆積物料較多。最為嚴重的是內(nèi)層結(jié)疤，主要是操作中堿塵和溫度的控制。

4）換熱板組II的上部，同2）。

5）換熱板組II的板組內(nèi)側(cè)，同3）。

6）粉體流進口下料溜管：這個問題近期出現(xiàn)較多，在斗提機至粉體流的溜管和堿篩至斗提機的溜管中都出現(xiàn)了嚴重的結(jié)疤，其中堿篩至斗提機溜管中有一插板，插板上部結(jié)疤尤為嚴重，導致11月9日的兩臺重灰爐全停。這個情況說明系統(tǒng)內(nèi)部（包含粉體流、吊斗、溜管）充滿了水汽和堿塵。

3.1.3 問題的處理和想法

1）料倉上層柵板：增加柵板密度。沒有找到合適的篩網(wǎng)。

針對堿疤、異物通過的情況，計劃焊一個與圖8相同的不銹鋼柵板（φ10不銹鋼圓鋼焊接），但放置時與圖8方向相反，兩套柵板放置后，中間空隙成“口”狀，可以避免長條狀的堿疤或異物通過。

圖8 不銹鋼柵板及放置方法

2）換熱板組I和換熱板組II的上部堵料問題：建議在粉體流外殼體上①②開一個長條狀的清理孔，及時清理該處的堆積物。

3）換熱板組I和換熱板組II的板組間結(jié)疤問題：加強操作管理，定期使用壓縮空氣吹掃內(nèi)部堿塵。

4）各溜管結(jié)疤：增加保溫和清理孔蓋，定期檢查清理。最主要加大整改系統(tǒng)內(nèi)部的水汽和堿塵的處理。

3.2 增加清理和清洗功能

從實際使用觀察，粉體流涼堿機內(nèi)部結(jié)疤由于各種原因，還是經(jīng)常存在的，特別是換熱板上面的結(jié)疤嚴重影響了換熱效果以及物料的流通，致使整體裝置能力大幅下降。在清理過程中，介于換熱板板壁過薄，不能采用硬力清理，而操作說明書上也說明了可采用熱水清洗。在我廠使用中，已經(jīng)進行了幾次清理，清洗中主要存在以下問題：①沒有清洗預留孔或清洗功能，每次都要將下端的錐形料倉處的短節(jié)拆除，用軟管將清洗后的液體引流排出；②下端錐形料倉與冷卻段之間的柔性軟聯(lián)接在多次清洗后變硬、發(fā)脆，容易損壞；③高溫水對裝置和人都容易造成燙傷的危險；④清洗時部分裝置內(nèi)部的死角不容易處理。

針對以上問題，在粉體流涼堿機設(shè)計和制造時就應該將清洗裝置一并設(shè)計。

3.3 增加循環(huán)水過濾裝置

Solex粉體流涼堿機換熱板之間的間隙非常小，大約在1mm左右，加上板片預設(shè)打壓膨脹成均勻的波紋狀或酒窩狀，這些都導致了冷卻循環(huán)水在換熱板內(nèi)部容易結(jié)垢，如果有大顆粒進入后還容易將內(nèi)部堵塞，如果用酸洗很容易損壞其材質(zhì)。

這種情況下需要進入板組的循環(huán)水非常干凈，最好使用軟水不容易結(jié)垢，這些在國內(nèi)大部分企業(yè)很難實現(xiàn)。目前在進入板組前分水管前端總管上增加了濾網(wǎng)，但在實際使用中，僅半年的實際就出現(xiàn)了濾網(wǎng)破損，而且濾網(wǎng)兩側(cè)還出現(xiàn)了間隙，導致水中雜質(zhì)很容易進入板組。所以過濾裝置還需改進，不僅要定期清理檢查，還要對過濾網(wǎng)的安裝方式進行改進，避免縫隙和破損的出現(xiàn)。

Solex粉體流涼堿機在國內(nèi)屬于新增的純堿生產(chǎn)設(shè)備，在節(jié)能、環(huán)保、高效方面存在明顯的優(yōu)勢，但是生產(chǎn)廠家僅能進行短時間的生產(chǎn)試驗，長期運行中所出現(xiàn)的問題很難估計和判斷，目前國內(nèi)已出現(xiàn)同類產(chǎn)品，本文的研究希望對國內(nèi)同類產(chǎn)品的制作和其它兄弟堿廠的使用能夠提供幫助。

［1］ Solex粉體流涼堿機操作手冊［R］

［2］ 中華人民共和國化學工業(yè)部.設(shè)備維護檢修規(guī)程［S］.北京：化學工業(yè)出版社，1993

［3］ 孟慶華.Solex粉體流涼堿機與傳統(tǒng)涼堿機的比較及應用［J］.純堿工業(yè)，2013（6）